榆樹坡煤業綜采放頂煤冒放性分析與應用

（陽泉煤業（集團）有限責任公司，山西 陽泉 045000）

1 礦井及工作面概況

山西寧武榆樹坡煤業有限公司為陽煤集團下屬煤礦，2012年12月投產，設計生產能力為1.20 Mt/a，礦井位于寧武縣城東北約2 km處，屬寧武煤田，井田面積為15.0247 km2；為低瓦斯礦井，礦井絕對瓦斯涌出量為2.12m3/min，相對瓦斯涌出量為0.96m3/t，煤自燃傾向性等級為自燃，煤塵有爆炸性。

礦井主要開采2號、5號煤層，開采標高+1480～+600 m。2號煤層平均煤厚4.5m，采用大采高一次采全厚開采工藝。5號煤位于太原組下部，煤層厚度14.28～16.92m，平均14.8m，煤層傾角5°～13°，平均9°，煤層硬度f=2，容重1.42 t/m3，煤層層理發育，結構簡單，含4層夾矸，為全區穩定開采之特厚煤層，采用大采高綜采放頂煤開采工藝。煤層頂板偽頂為炭質泥巖，厚度0.1～0.2m，巖性特征為黑色、含植物化石；直接頂為泥巖，厚度22.65m，巖性特征為黑色、脆而硬，含有燧石結核和黃鐵礦；老頂為粉砂巖，厚度為12.49m，巖性特征灰色、矽質膠結，中厚層狀。煤層底板偽底為泥巖，厚度0.2～0.4m，巖性特征為黑色泥巖，含植物化石；直接底為砂質泥巖，厚度2.6m，巖性特征為黑色，薄層狀，含植物化石；老底為細砂巖，厚度8.46m，巖性特征為淺灰白色，含黃鐵礦成份以石英為主。

一采區5105工作面開采5號煤層，工作面地面標高為+1375～+1457m，地表溝谷縱橫，黃土覆蓋，局部有巖石出露，工作面標高+970～+1126m，煤層埋藏深度為295～463 m。工作面可采走向長度1406m，傾向長177m，工業儲量5160kt，可采儲量為4490kt，工作面生產能力按0.80 Mt/a考慮，設計服務年限5.6 a。

2 綜放工作面主要設備選型、回采工藝

2.1 主要設備選型

綜放工作面主要設備選型見表1。

表1 工作面主要設備

2.2 回采工藝

采用綜采放頂煤采煤方法，全部垮落法來管理頂板，采煤機割煤、裝煤，放頂煤液壓支架放煤，由前工作溜和后工作溜、轉載破碎機、皮帶機運煤，放頂煤液壓支架支護頂板，實現落煤-裝煤-運煤-支護等過程。

3 頂煤冒放性分析及放煤方式的確定

3.1 5號煤頂煤冒放性分析

根據頂板、煤層厚度與硬度、煤層結構與夾矸、開采深度等主要因素[1]對榆樹坡5號煤層的冒放性進行分析如下：

（1）頂板對頂煤冒放性的影響

依據陽煤集團放頂煤工作面的開采經歷，在開采過程中，頂煤有少部分基本頂跟隨直接頂、煤炭冒落。大部分直接頂跟隨頂煤隨采隨落填補采空區，因此直接頂厚度較厚是放頂煤開采頂煤順利冒落的必要條件，反之頂煤回收率明顯降低。從頂煤回收率和工作面礦壓分析[2]，煤層直接頂最小厚度必須滿足填補頂煤采出后的采空區。榆樹坡5號煤層頂板結構主要為砂巖、泥巖、砂質泥巖。直接頂厚度22.65m，巖性特征為黑色、脆而硬，據其厚度分析，5號煤層的直接頂有利于放頂煤開采和頂煤冒落后順利放出[3]。結合礦井的采掘實踐，頂底板易于管理。因此，從煤層頂板看，頂煤的冒落較好。

（2）煤層厚度、硬度對頂煤冒放性的影響

依據陽煤集團放頂煤工作面多年來實測數據，例如較軟的煤層頂煤跨落角度為87°～89°，頂煤放出率84%左右；中硬度的煤層頂煤跨落角度66°～68°，頂煤放出率74%左右；較硬的煤層頂煤跨落角度53°～55°，頂煤放出率為14%左右。說明煤層厚度、硬度是影響頂煤冒放性的主要因素[4]。依據頂煤的強度與破壞關系測算，當榆樹坡5號煤的強度值為20MPa時，頂煤的破壞程度較高，說明頂煤冒落性較好。

（3）煤層結構對頂煤冒放性的影響

在支承壓力的作用下頂煤容易破碎冒出，煤層結構節理裂隙發育越厲害，頂煤的冒放性就越好，容易采出，所以煤層結構、夾矸是影響頂煤的冒放性的直接因素，煤層夾矸比較堅硬、厚度增厚，會不利于頂煤冒落。頂煤中夾矸由于硬度支撐使頂煤難以冒落，就算頂煤冒落后，未破碎的夾矸體積較大，嚴重影響頂煤冒出，堵塞放煤口。因此高硬度、較厚的夾矸是頂煤冒落的不利因素。

從榆樹坡5號煤5105工作面已經掘進的巷道揭露的煤層觀察，煤層結構節理裂隙比較發育，因此頂煤冒放性較好。煤層含夾矸1～4層，巖性多為高齡巖、炭質泥巖和砂質泥巖，而且夾矸巖石強度相對較低，與煤層的強度基本相似，故對頂煤的冒放性影響較小。

（4）開采深度對頂煤冒放性的影響

依據國內放頂煤開采經驗數據，煤礦開采深度大于300m，頂煤的冒放性較好，開采深度小于100m，頂煤冒放性較差，說明頂煤冒放性隨開采深度加深而增強[5]。

榆樹坡5號煤5105工作面開采深度為295～463m，從開采深度看，受地壓及開采深度的影響，結合頂煤冒放性的經驗數據分析得出的結論來看，工作面頂煤易破碎，則工作面的頂煤比較容易冒落。

3.2 回采工作面采放比

結合工作面的地質條件及以往的開采經驗，綜合考慮，榆樹坡5105工作面煤層厚度平均為14.8m，機采高度適當調整為3.8m，放頂煤高度為11m，即采放比為1∶2.84。

3.3 放頂煤實際效果

按照綜采放頂煤采煤法的實際生產工藝，陽煤集團放頂煤工作面主要放煤的方式有四種，為多輪順序放頂煤、單輪順序放頂煤、多輪間隔放頂煤、單輪間隔放頂煤。

通過對放煤工藝比較，從采煤工作面回采率、日產量、排矸量及煤質等綜合考慮，確定工作面放煤方式采用單輪順序放煤。工作面現場放煤、巖冒落，沿著分界線面均勻下落，煤炭采出率高，含矸率低，保證煤質，且充分利用放煤口面積，放煤速度快。但該操作要求支架工操作水平較高。

4 結語

綜上分析，根據陽煤集團多年放頂煤開采經驗，榆樹坡5號煤層直接頂巖性脆而硬，據其厚度分析直接頂比較有利于放頂煤開采和頂煤冒落后順利放出。并結合礦井的采掘實際情況，頂底板易于管理。工作面頂煤的冒放性好，非常適合采用放頂煤開采工藝；放項煤開采方法以其成本較低、效率較高、采煤工藝簡單等特點，既保證了煤炭產量完成，也有利于工作面的日常管理。目前在寧武礦區的其他礦井放頂煤工作面開采中也取得了很多經驗值得借鑒。